Explorador 20

Explorer 20 , también conocido como Ionosphere Explorer-A , IE-A , S-48 , TOPSI y Topside Explorer , fue un satélite de la NASA lanzado como parte del programa Explorer . Su propósito era doble: investigación a largo plazo de la ionosfera desde arriba e investigación in situ de las concentraciones de iones y temperaturas.

Explorer 20 era un satélite de 44,5 kg (98 lb) diseñado por el Laboratorio de Instrumentos Aerotransportados de Cutler-Hammer bajo la dirección del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA . Su propósito principal era medir las emisiones ionosféricas desde arriba ("sondeo desde la superficie"), entre el satélite y unos 320 km (200 mi) sobre la superficie de la Tierra, donde la concentración de electrones ionosféricos es máxima. ^[3] Estos datos podrían luego compararse y correlacionarse con los datos ionosféricos recopilados desde el suelo. Además, Explorer 20 mediría la distribución de electrones, la densidad de iones y la temperatura, y estimaría el ruido cósmico. ^[4]

El Explorer 20 era un cilindro corto rematado en ambos extremos por conos truncados. El experimento principal del satélite era una sonda ionosférica de seis frecuencias: seis antenas de sondeo (tres dipolos) extendidas desde el ecuador del satélite, un par de antenas de 18,28 m (60,0 pies) formando el dipolo utilizado para las frecuencias bajas, los otros dos dipolos consistentes en cuatro antenas de 9,14 m (30,0 pies). ^[4] El investigador principal de este experimento fue el Laboratorio Central de Propagación de Radio de la Oficina Nacional de Normas . ^[3] Un espectrómetro de masas de iones, montado en un brazo corto, se extendía desde el cono superior y medía las concentraciones de iones y las temperaturas en las inmediaciones del satélite. El Explorer 20 también midió las emisiones cósmicas utilizando la señal de ruido de los receptores de la sonda. ^[4] Este experimento fue proporcionado por el University College of London . ^[3]

Se esperaba que la información recopilada por el Explorer 20 ayudara en el estudio de las transmisiones de radio de largo alcance, en particular la causa de los apagones periódicos de radio. ^[3]

Originalmente planeado para su lanzamiento en marzo de 1964, problemas eléctricos con el arnés del propulsor Scout X-4 y los requisitos posteriores de la plataforma resultaron en cinco meses de retraso. ^[3] El 25 de agosto de 1964, a las 13:43 GMT , ^[5] el Explorer 20 fue lanzado a una órbita casi perfecta, con un apogeo de 1.025 km (637 mi) y un perigeo de 864 km (537 mi), una inclinación con respecto al ecuador de 79,90°, ^[3] y un período de 104,00 minutos. ^[4] Al alcanzar la órbita, las antenas se extendieron desde la nave espacial y las pruebas de los experimentos primarios y secundarios se completaron dentro de la primera órbita. ^[3] El satélite fue estabilizado en rotación a 1,53 rpm justo después de la extensión de la antena, con el eje de rotación inicialmente muy cerca del plano de la órbita. Después de un año en órbita, la rotación se había desacelerado a 0,45 rpm. ^[4]

• Ruido cósmico
• Ionosonda de frecuencia fija
• Espectrómetro de masas iónicas esférico

El experimento de ruido cósmico utilizó la señal de ruido del receptor de la sonda para investigar el ruido cósmico en el rango de frecuencia de 1,5 a 7,2 MHz . Las mediciones coincidieron aproximadamente con las observaciones previas de ruido cósmico. Sin embargo, la calibración del receptor no fue lo suficientemente precisa como para producir nuevos resultados científicos. ^[6]

El propósito de la ionosonda de frecuencia fija era investigar la densidad electrónica ionosférica en el rango de altitud de 300 km (190 mi) a 1.000 km (620 mi). El experimento fue muy útil para el estudio de irregularidades en la distribución de la densidad electrónica y para la investigación de la estructura fina en las resonancias de plasma. La ionosonda de frecuencia fija era un transmisor-receptor de radio que registraba el retraso de tiempo entre un pulso de radio transmitido y uno devuelto. Se muestrearon seis frecuencias específicas de 1,5 a 7,22 MHz en secuencia una vez cada 0,105 segundos. A menudo se observaron varios tiempos de retraso para cada frecuencia debido a resonancias de plasma, birrefringencia de la ionosfera, propagación no vertical, etc. El tiempo de retraso era principalmente una función de la distancia recorrida por la señal, la densidad electrónica a lo largo de la trayectoria de la señal y el modo de propagación. Se adquirió un total de 1450 horas de datos. La mayoría de estos datos fueron de calidad adecuada para preparar ionogramas. Dado que en cada ionograma sólo se indica la hora, la posición del satélite y otra información relacionada deben obtenerse de mapas mundiales. ^[7]

La sonda de iones del Explorer 20 era un instrumento de potencial retardador esférico a partir del cual se podían determinar los espectros de masas de iones y las temperaturas de iones. Consistía en un electrodo interno esférico de 9 cm (3,5 pulgadas) de diámetro, rodeado por una cubierta esférica de lámina de níquel enrejada (agujeros de 0,5 mm) , de 10 cm (3,9 pulgadas) de diámetro y 0,1 mm de espesor. Se mantenía una carga negativa en la rejilla para eliminar los efectos de los electrones . Los iones más masivos pasaban a través de la rejilla para formar una corriente de iones que dependía de la condición de voltaje del electrodo interno. Un potencial de diente de sierra de barrido lento de aproximadamente -2 a +10 voltios (con dos formas de onda sinusoidal de bajo voltaje, 0,5 y 3,2 kHz impresas sobre él) proporcionó un perfil de voltaje versus corriente de iones. El cambio en la pendiente del perfil de voltaje versus corriente de iones proporciona el perfil de distribución de energía, que, para iones térmicos, es una función de la masa de iones y la velocidad del satélite. Las velocidades térmicas de los iones amplían un poco los picos de masa y, por lo tanto, degradan ligeramente la resolución de la masa, pero este efecto de ampliación se utilizó para determinar la temperatura de los iones. El análisis de las variaciones de corriente resultantes de las dos formas de onda sinusoidal en el voltaje de barrido proporcionó los datos de cambio de pendiente necesarios para el análisis de los perfiles. La sonda se montó en el extremo positivo del eje de espín (Z) sobre un soporte tubular corto. Con el eje de espín nominal perpendicular al plano de la órbita, esta disposición eliminó la modulación de espín de las observaciones. Aunque este experimento funcionó correctamente, la aparición de una gran envoltura de plasma alrededor de la nave espacial impidió la adquisición de datos científicamente útiles. ^[8]

El Explorer 20 no estaba equipado con una grabadora de cinta, por lo que los datos solo se recibían cuando el satélite estaba a la vista de las estaciones de telemetría terrestres, ubicadas para proporcionar cobertura de datos primarios cerca de 80° Oeste más áreas cerca de Hawái ( Estados Unidos ), Singapur , Reino Unido , Australia y África . Los datos se registraron durante períodos de 1/2 hora a más de 4 horas por día, dependiendo de la energía disponible. Los experimentos funcionaron satisfactoriamente durante unos 16 meses, a pesar de los problemas con la telemetría y la interferencia. La sonda de iones se volvió inútil debido a la gran envoltura de plasma de la nave espacial que se desarrolló alrededor de la nave espacial, y los esfuerzos para compensarla resultaron infructuosos. ^[4]

Las respuestas del satélite a las señales de comando se volvieron poco fiables después del 20 de diciembre de 1965, y el transmisor del satélite se encendía a menudo de manera espuria. Aunque estaba equipado con un apagado automático del satélite durante un año, este dispositivo se desconectó justo antes del lanzamiento. El Explorer 20 no respondió a un comando de apagado después de que su rendimiento se volvió errático. ^[4]

• Programa explorador